(57)【要約】【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金の耐食性を、環境へ負荷をもたらすことなく向上させる。【解決手段】スロットルボディ１０においては、アルミニウムからなる下地１２上に、不動態膜１４及び耐食性皮膜１６がこの順序で積層されている。不動態膜１４には、耐食性皮膜１６に臨む側に凹部１８が形成されており、この凹部１８には、金属層２０が形成されている。金属層２０は、ショットブラストが行われる際、ブラスト材が耐食性皮膜１６に衝突したときに、該ブラスト材の一部が剥離した後に付着して設けられたものである。ブラスト材としては、例えば、純度が９８％以上のアルミニウムからなるものが選定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる下地の表面に不動態膜が形成された母材を有し、且つ前記不動態膜を被覆するとともに前記下地よりも耐食性が高い耐食性皮膜が形成されたアルミニウム系有膜鋳造成形品であって、
前記不動態膜における前記耐食性皮膜側に凹部が形成され、
前記凹部に、純度９８％以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム−亜鉛合金からなる金属層が存在することを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品。
【請求項２】
請求項１記載のアルミニウム系有膜鋳造成形品において、前記耐食性皮膜が６価クロムフリーの皮膜であることを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品。
【請求項３】
請求項２記載のアルミニウム系有膜鋳造成形品において、前記耐食性皮膜が、３価のクロムを含むクロメート皮膜であることを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品。
【請求項４】
アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を用いて鋳造加工を行うことにより鋳造成形品を得る工程と、
不動態膜が形成された前記鋳造成形品に対して純度９８％以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム−亜鉛合金からなるブラスト材を投射し、前記不動態膜に凹部を設けるとともに、前記ブラスト材に由来する金属層を前記凹部に形成する工程と、
前記不動態膜上に、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性が高い耐食性皮膜を設ける工程と、
を有することを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、前記耐食性皮膜として、６価クロムフリーの皮膜を設けることを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記耐食性皮膜として、３価のクロムを含むクロメート皮膜を設けることを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、前記クロメート皮膜を設ける際、３価のクロムを含有する３価クロメート処理液に前記鋳造成形品を浸漬することを特徴とするアルミニウム系有膜鋳造成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる下地上に形成された不動態膜が耐食性皮膜で被覆されたアルミニウム系有膜鋳造成形品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる構造部材は、加工を容易に施すことが可能であるので所定の形状に変形することが容易である、軽量である等の利点を有し、例えば、自動車の構成部品であるスロットルボディや気化器をはじめとする様々な分野で使用されている。
【０００３】
この種の構造部材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を金型に充填し、次に、この溶湯を冷却硬化させて鋳造成形品とすることによって作製される。そして、耐食性を向上させるべく、鋳造成形品の表面を被覆するように耐食性皮膜が設けられる。
【０００４】
従来、この耐食性皮膜は、特許文献１に記載されているように、ＣｒＯ3、すなわち、６価クロムを含有するクロメート処理液に鋳造成形品を浸漬することによって設けられ、このために耐食性皮膜にも６価クロムが含まれていた。しかしながら、６価クロムが環境に負荷をもたらす物質であることから、近年、６価クロムを含まない耐食性皮膜を形成することが検討されつつある。
【０００５】
このような観点から、本出願人は、特許文献２において、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる構造部材にＺｎ下地層を設け、次に、このＺｎ下地層上に３価クロムを含むクロメート皮膜（耐食性皮膜）を設けることを提案している。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−３５４３２号公報
【特許文献２】特開２００４−７６０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、耐食性に優れ、環境に対して負荷をもたらすことが回避可能なアルミニウム系有膜鋳造成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる下地の表面に不動態膜が形成された母材を有し、且つ前記不動態膜を被覆するとともに前記下地よりも耐食性が高い耐食性皮膜が形成されたアルミニウム系有膜鋳造成形品であって、
前記不動態膜における前記耐食性皮膜側に凹部が形成され、
前記凹部に、純度９８％以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム−亜鉛合金からなる金属層が存在することを特徴とする。なお、本発明における「アルミニウム系」は、アルミニウム及びアルミニウム合金を総称するものとする。
【０００９】
このような金属層が存在する場合、前記耐食性皮膜が十分に成膜する。このため、耐食性に優れた鋳造成形品を得ることができる。
【００１０】
耐食性皮膜は、６価クロムフリー、すなわち、６価クロムを含まない膜であることが好ましい。この場合、６価クロムを含む液体や気体、例えば、６価クロメート処理液等を使用する必要がない。このため、環境に負荷をもたらすことを回避することができる。
【００１１】
このような耐食性皮膜の好適な例としては、３価のクロムを含むクロメート皮膜を挙げることができる。
【００１２】
また、本発明に係るアルミニウム系有膜鋳造成形品の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を用いて鋳造加工を行うことにより鋳造成形品を得る工程と、
不動態膜が形成された前記鋳造成形品に対して純度９８％以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム−亜鉛合金からなるブラスト材を投射し、前記不動態膜に凹部を設けるとともに、前記ブラスト材に由来する金属層を前記凹部に形成する工程と、
前記不動態膜上に、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性が高い耐食性皮膜を設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
ショットブラストで高純度の金属層を設けることにより、次工程において、耐食性皮膜を十分に成長させることができる。その結果、耐食性が良好な鋳造成形品を得ることができる。
【００１４】
ここで、ショットブラストは、ブラスト材を投射するものであり、鋳造成形品からバリを除去する場合、塗料を剥離除去する場合、ワークに残留応力を付与する場合等に行われる手法であるが、本発明のように、ブラスト材由来の金属層を不動態膜に設けるためにショットブラストを行う技術はこれまでのところ知られていない。
【００１５】
なお、前記耐食性皮膜としては、上記したように６価クロムフリーの膜を設けることが好ましい。この場合、環境に負荷をもたらすことを回避することができるからである。このような耐食性皮膜として、例えば、３価のクロムを含むクロメート皮膜を設ければよい。
【００１６】
なお、クロメート皮膜は、例えば、３価のクロムを含有する３価クロメート処理液に前記鋳造成形品を浸漬することによって容易且つ簡便に形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ショットブラストの際に高純度のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム−亜鉛合金からなるブラスト材を投射して金属層を設け、その後、耐食性皮膜を設けるようにしている。このため、耐食性皮膜が十分に膜成長し、その結果、耐食性に優れる鋳造成形品を得ることができる。
【００１８】
なお、耐食性皮膜を、６価クロムフリーの膜、例えば、３価のクロムを含むクロメート皮膜で形成することにより、環境への負荷を著しく低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るアルミニウム系有膜鋳造成形品及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るアルミニウム系有膜鋳造成形品からなるスロットルボディ１０の概略全体斜視図である。このスロットルボディ１０は、アルミニウムの溶湯を金型に充填し、次に、溶湯を冷却硬化させることによって成形品として得ることができる。
【００２１】
ここで、スロットルボディ１０の断面を、図２に拡大して示す。このスロットルボディ１０は、アルミニウムからなる下地１２を有し、該下地１２上には、酸化物膜である不動態膜１４と、耐食性皮膜１６とがこの順序で積層されている。
【００２２】
不動態膜１４は、後述するように、鋳造成形品を大気雰囲気下で冷却硬化する際に下地１２（アルミニウム）が自発的に酸化することによって形成される。
【００２３】
さらに、不動態膜１４において、耐食性皮膜１６との境界部近傍には、凹部１８が形成されている。換言すれば、凹部１８は、不動態膜１４における耐食性皮膜１６側に存在する。そして、各凹部１８には、純度が９８％以上のアルミニウムからなる金属層２０が凹部１８の形状に略対応する形状で付着している。
【００２４】
凹部１８は、後述するように、鋳造成形品に対してショットブラストが施された際、ブラスト材が衝突することに伴って形成される。また、金属層２０は、ブラスト材の一部が衝突の際に摩耗して残留することによって形成される。
【００２５】
本実施の形態において、不動態膜１４上に形成された耐食性皮膜１６は、３価クロムを含むクロメート皮膜である。この耐食性皮膜１６が存在することにより、下地１２、換言すれば、スロットルボディ１０が腐食することが著しく抑制される。
【００２６】
また、耐食性皮膜１６には、６価クロムが含まれない。すなわち、本実施の形態によれば、６価クロムを含有するクロメート処理液等、環境に負荷をもたらす化学品を使用する必要がない。このため、環境保護に貢献することもできる。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るアルミニウム系有膜鋳造品の製造方法につき、前記スロットルボディ１０を作製する場合を例として説明する。
【００２８】
先ず、アルミニウムの溶湯を金型に充填し、スロットルボディ１０の形状に鋳造加工する。
【００２９】
溶湯は、金型内で凝固され、鋳造成形品となる。そして、所定時間が経過した後に型開きが行われ、鋳造成形品が離型される。鋳造成形品は、その後、大気雰囲気下で所定時間放置され、この際に凝固が内部まで進行する。
【００３０】
大気雰囲気下で放置（放冷）された鋳造成形品の表層部には、該鋳造成形品の材質であるアルミニウムが、金型等に存在する水分や大気中の酸素で酸化されることによって、酸化膜が自発的に形成される。これにより、鋳造成形品に下地１２と不動態膜１４が設けられる。
【００３１】
次に、この鋳造成形品に対してショットブラストを行う。すなわち、バリ取りや塗料剥離除去等で一般的に行われているように、鋳造成形品に向けて球状のブラスト材を投射する。
【００３２】
この際、ブラスト材としては、純度が９８％以上のアルミニウムからなるものが選定される。純度が９８％未満のものであると、耐食性皮膜１６が形成されても、良好な耐食性を得ることが困難となる。純度９９％以上のものを選定することがより好ましい。
【００３３】
ブラスト材の粒径は、特に限定されるものではないが、０．７〜０．９ｍｍの間、例えば、およそ０．８ｍｍとすればよい。また、ブラスト材の投射速度及び投射時間も特に限定されるものではないが、投射速度を６０〜７０ｍ／秒の間、例えば、およそ６６ｍ／秒に設定した場合、投射時間をおよそ１分に設定すればよい。
【００３４】
投射されたブラスト材は、不動態膜１４に衝突する。この衝突に伴い、不動態膜１４に凹部１８が形成される。また、凹部１８には、ブラスト材からの剥離物が残留して付着し、これにより、凹部１８の形状に略対応する形状の金属層２０が形成される。勿論、この金属層２０は、ブラスト材の材質であるアルミニウムからなる。
【００３５】
金属層２０が形成されていることは、例えば、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）法によって確認することができる。
【００３６】
次に、このショットブラスト後の鋳造成形品に対して、例えば、所定の部位に穿孔加工、切削加工等の加工を施した後、公知の前処理を行う。具体的には、湯洗、脱脂、水洗、活性化、水洗、湯洗等を順次施す。
【００３７】
次に、不動態膜１４上に耐食性皮膜１６を設ける。本実施の形態においては、３価クロムを含有するクロメート処理液に鋳造成形品を浸漬する。この浸漬によって３価クロムを含むクロメート皮膜が膜成長し、その結果、３価クロムを含む耐食性皮膜１６が形成される。なお、この種のクロメート処理液としては、例えば、ＡＬＴ６１０（ディップソール社製処理液の商品名）が挙げられる。
【００３８】
このように、本実施の形態においては、６価クロムを含有するクロメート処理液を使用する必要がない。従って、環境に対する負荷を著しく低減することができる。
【００３９】
ショットブラストを行わない場合、耐食性皮膜１６が十分に成膜せず、このため、十分な耐食性を得ることが困難となる。このことから、ショットブラストを行うことによって耐食性皮膜１６が十分に成膜する理由は、高純度のアルミニウムからなる金属層２０が存在するためにクロメート皮膜の成膜が容易となるからであると推察される。
【００４０】
このようにして耐食性皮膜１６が設けられたスロットルボディ１０は、耐食性皮膜１６が存在することに由来して優れた耐食性を示す。
【００４１】
なお、上記した実施の形態においては、ショットブラストを行う際のブラスト材として純度９８％以上のアルミニウムからなるものを選定するようにしているが、ブラスト材は、純度９８％以上の亜鉛からなるものであってもよい。又は、アルミニウムと亜鉛で９８％以上を占めるのであれば、アルミニウム−亜鉛合金であってもよい。勿論、これらの中の２種以上を同時に使用するようにしてもよい。
【００４２】
また、スロットルボディ１０は、アルミニウム合金（例えば、ＡＤＣ１２等）からなるものであってもよい。さらに、本発明に係るアルミニウム系鋳造成形品は、スロットルボディ１０に特に限定されるものではなく、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯から設けられた鋳造成形品であれば、キャブレタ本体など、他の如何なるものであってもよい。
【００４３】
さらにまた、耐食性皮膜１６の材質は、３価クロムを含むクロメート皮膜に特に限定されるものではなく、下地１２であるアルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性に優れ、且つ６価クロムが含まれない皮膜（６価クロムフリー皮膜）であればよい。
【００４４】
そして、耐食性皮膜１６を設ける方法は、処理液を用いる方法に特に限定されるものではなく、化学的気相成長（ＣＶＤ）法や物理的気相成長（ＰＶＤ）法等の他の成膜法を採用するようにしてもよい。
【実施例１】
【００４５】
アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の溶湯を金型に充填し、スロットルボディ１０の形状に鋳造加工した。所定時間が経過した後に型開き、離型を行って鋳造成形品を取り出し、大気雰囲気下で放置した。
【００４６】
次に、この鋳造成形品に対し、純度が９９％以上のアルミニウムからなる球状のブラスト材を用い、ショットブラストを行った。なお、ブラスト材の粒径はおよそ０．８ｍｍであり、ブラスト材の投射速度及び投射時間は、それぞれ、およそ６６ｍ／秒、およそ１分とした。投射が終了した後、鋳造成形品の極表層部につきＸＰＳ法による分析を行ったところ、不動態膜１４上にアルミニウムが存在することが確認された。なお、ＸＰＳ法による分析においては、鋳造成形品の表面から、深さ０．００５μｍまでをアルゴンガスでエッチングした。
【００４７】
次に、このショットブラスト後の鋳造成形品に対し、湯洗、脱脂、水洗、活性化、水洗を施した。
【００４８】
そして、３価クロムを含むクロメート処理液であるＡＬＴ６１０に鋳造成形品を浸漬し、耐食性皮膜１６を設けた。これを実施例１とする。
【００４９】
また、ブラスト材として純度が９９％以上の亜鉛からなる球状のものを用いたことを除いては実施例１に準拠して耐食性皮膜１６を設けた。これを実施例２とする。
【００５０】
比較のため、鋼材からなるブラスト材、ステンレス鋼からなるブラスト材、純度が９９％以上の亜鉛ブラスト材を９５体積％と炭素ブラスト材を５体積％とした混合ブラスト材を使用したことを除いては実施例１、２に準拠して耐食性皮膜１６を設けた。これらを比較例１〜３とする。
【００５１】
さらに、ブラストショットを行わなかったことを除いては実施例１と同様にして耐食性皮膜１６を設けた。これを比較例４とする。
【００５２】
以上の実施例１、２及び比較例１〜４のスロットルボディ１０につき、耐食性試験を行った。すなわち、塩水を噴霧する塩水噴霧試験を行い、噴霧開始から４８時間経過後における白色生成物の面積率Ａを下記の式（１）に従って求めた。
Ａ（％）＝（白色生成物の面積／スロットルボディの全表面積）×１００…（１）
【００５３】
白色生成物は、アルミニウムが腐食して生成したものであり、従って、Ａの値が小さいほど耐食性が良好であることを意味する。なお、白色生成物の面積は、目視にて確認された生成領域を計測し、この生成領域を面積に換算して求めた。
【００５４】
結果を図３に併せて示す。この図３から、高純度のアルミニウム又は亜鉛からなるブラスト材を使用してショットブラストを行うことにより、その他の材質からなるブラスト材、又は低純度のブラスト材を使用する場合や、ショットブラストを行わない場合に比して、耐食性が良好なスロットルボディ１０が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態に係るアルミニウム系有膜鋳造成形品からなるスロットルボディの概略全体斜視図である。
【図２】図１のスロットルボディにおける表層部の拡大断面図である。
【図３】実施例１、２及び比較例１〜４のスロットルボディの耐食性を示す図表である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…スロットルボディ                  １２…下地
１４…不動態膜                          １６…耐食性皮膜
１８…凹部                              ２０…金属層
【図１】
2006188739.tif 000003
【図２】
2006188739.tif 000004
【図３】
2006188739.tif 000005